1、混凝土及砌体结构课程设计学生姓名：乔 俏学 号：指导教师：解 国 梁所在学院：工程学院专 业：土木工程中 国 大 庆2010年 10月II单层厂房结构设计任务书一、设计题目：金属结构车间双跨等高厂房。 (每人一题，按学号分配)二、设计内容：1计算排架所受的各项荷载；2计算各种荷载作用下的排架内力(对于吊车荷载不考虑厂房的空间作用)；3柱及牛腿设计，柱下单独基础设计；4绘施工图：柱模板图和配筋图；基础模板和配筋图。三、设计资料1金属结构车间为两跨厂房，安全等级为一级，厂房总长 54m，柱距为 6m，厂房剖面如图 1、2、3 所示；2厂房每跨内设两台吊车，吊车均为软钩吊车；3建设地点为东北某城市(
2、基本雪压 0.40KNm，基本风压 0.50KNm 2，冻结深度2.0m)；4地基为均匀粘性土，地基承载力特征值 190Kpa；5厂房标准构件选用及载荷标准值：(1)屋架采用梯形钢屋架，屋架自重标准值：18m 跨 81.50KN每榀，21m 跨 95KN每榀，24m 跨 109KN每榀，27m 跨 122KN每榀，30m 跨 136KN每榀(均包括支撑自重)(2)吊车梁选用预应力混凝土吊车梁，参数见表 3。轨道及零件自重 0. 8KNm，轨道及垫层构造高度 200mm；(3)天窗采用矩形纵向天窗，每榀天窗架重：18m 跨 25.5KN每榀，21m 跨 30KN每榀，24m 跨 34KN每榀，2
3、7m 跨 38.3KN每榀，30m 跨 42.5KN每榀(包括自重，侧板、窗扇支撑等自重)；(4)天沟板自重标准值为 2.02KNm；(5)围护墙采用 240mm双面粉刷墙，自重 5.24KN/m2。塑钢窗： 自重 0.45KNm 2，窗宽 4.2m，窗高见图 1。(6)基础梁截面为 250 mmX600mm；基础梁自重 4.2KNm；6材料：混凝土强度等级为 C30，柱的受力钢筋采用 HRB335级或 HRB400级，箍筋III采用 HPB235级；7屋面卷材防水做法及荷载标准值如下：防水层：0.4KNm 2；25mm厚水泥沙浆找平层：0.5KNm 2；100mm厚珍珠岩制品保温层：0.4K
4、Nm 2；隔汽层：0.05KNm 2；25mm厚水泥砂浆找平层：0.5KNm 2；预应力大型屋面板：1.4KNm 2。8屋面均布活荷载为 0.5KNm 2。图 1图 2-0.15柱 顶 轨 顶 +0.IV图 3表 1 各学号所对应的桥式吊车和牛腿标高左跨吊车序号跨度 C1 C2 C3 C4 C1 C2 C3 C4 C1 C2 C3 C4右跨吊车序号18 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 C118 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 C218 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 C321 37 38 39
5、 40 41 42 43 44 45 46 47 48 C121 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 C221 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 C324 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 C424 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 C124 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 C227 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 C327
6、121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 C427 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 C130 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 C230 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 C330 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 C4轨顶标高(m)7.8 8.1 8.4 8.7 9.0 9.3 9.6 9.9
7、 10.2 10.5 10.8 11.1V表 2 吊车数据（工作级别 A5）吊车序号起重量(kn)桥跨LQ(m)小车重g(kn)最大轮压Pmax(kn)大车轮距BQ(m)轨道中心之端部距离b(mm)轨顶以上高度H(mm)大车宽B(m)吊车总重G(kn)16.5 63.26 163 4.00 230 2097 5.955 23019.5 63.26 185 4.10 260 2097 6.055 27022.5 63.26 193 4.10 260 2187 6.055 30025.5 63.26 205 5.00 260 2185 6.390 340C1 160/3228.5 63.26 21
8、4 5.00 260 2185 6.390 38016.5 69.77 185 4.00 230 2099 5.955 24019.5 69.77 207 4.10 260 2099 6.055 29022.5 69.77 216 4.10 260 2189 6.055 32025.5 69.77 230 5.00 260 2189 6.390 370C2 200/5028.5 69.77 239 5.00 260 2189 6.390 40016.5 109 278 4.65 260 2341 6.640 33019.5 109 301 4.70 300 2471 6.690 38022.5
9、 109 313 4.70 300 2471 6.690 41025.5 109 331 5.00 300 2471 6.990 460C3 320/5028.5 109 344 5.00 300 2471 6.990 50016.5 155 420 4.80 300 2734 6.775 44019.5 155 430 4.80 300 2734 6.775 49022.5 155 456 4.80 300 2734 6.775 53025.5 155 474 5.00 300 2734 6.975 580C4 500/10028.5 155 487 5.00 300 2734 6.975
10、620表 3 吊车梁数据（工作级别 A5）梁型号 起重量(kn) 跨 度(m) 梁 高(mm) 梁 重(kn)YDL1 160 16.5-28.5 1200 41.3YDL2 200 16.5-28.5 1200 41.5YDL3 320 16.5-28.5 1200 46.0YDL4 500 16.5-28.5 1500 60.3注： 1、土木 07专升本选 1-55号方案2、土木 07（2）选 60-114号方案3、土木 07（1）选 120-165号方案目 录VI1 设计资料 .- 1 -2 柱截面尺寸确定 .- 1 -2.1 确定柱高度 - 1 -2.2 确定柱截面尺寸 - 1 -2.
11、3 确定柱截面惯性距 - 1 -3 荷载计算 .- 4 -3.1 恒荷载 - 4 -3.1.1 屋盖恒载 .- 4 -3.1.2 吊车梁及轨道重力荷载设计值 .- 4 -3.1.3 柱自重重力荷载设计值 .- 4 -3.2 屋面活荷载 - 5 -3.3 风荷载 - 5 -3.4 吊车荷载 - 7 -3.4.1 吊车竖向荷载 .- 7 -3.4.2 吊车横向水平荷载 .- 8 -4 内力分析 .- 8 -4.1 恒载作用下排架内力分析 - 8 -4.2 屋面活荷载作用下排架内力分析 .- 11 -4.2.1 A B跨作用屋面活荷载 .- 11 -4.2.2 B C跨作用屋面活荷载 .- 12 -
12、4.3 风荷载作用下排架内力分析 .- 13 -4.3.1 左吹风时 - 13 -4.3.2 右吹风时 - 14 -VII4.4 吊车荷载作用下排架内力分析 .- 16 -4.4.1 作用于 A柱 - 16 -maxD4.4.2 作用于 B柱左 - 17 -4.4.3 作用于 B柱右 - 18 -max4.4.4 作用于 C柱 .- 19 -D4.4.5 作用于 AB跨柱 - 20 -maxT4.4.6 作用于 BC跨柱 - 22 -5 内力组合 - 23 -6 柱截面设计 - 29 -6.1 上柱配筋计算 .- 29 -6.2 下柱配筋计算 .- 30 -6.3 柱的裂缝宽度验算 .- 32
13、 -6.4 柱箍筋配置 .- 32 -6.5 牛腿设计 .- 32 -6.5.1 牛腿截面高度验算 - 33 -6.5.2 牛腿配筋计算 - 33 -6.6 柱的吊装验算 .- 33 -7 基础设计 - 35 -7.1 作用于基础顶面上的荷载计算 .- 35 -7.2 基底尺寸及埋置深度 .- 36 -7.2.1 按构造要求拟定高度 - 36 -7.2.2 拟定基础底面尺寸 - 37 -7.2.3 计算基底压力及验算地基承载力 - 37 -7.3 基础高度验算 .- 38 -VIII7.4 基础底板配筋计算 .- 39 -7.4.1 柱边及变阶处基底反力计算 - 39 -7.4.2 柱边及变阶
14、处弯矩计算 - 40 -7.4.3 配筋计算 - 41 - 0 -单层厂房结构设计计算书1.设计资料本设计方案为 107号，左跨吊车 C3，右跨吊车 C2，轨顶标高 10.8 ，跨度 24 ，m柱距 6 。m2.柱截面尺寸确定2.1 确定柱高度估计基础埋深 2.2 ，基础高 1.5 ，室外地坪标高-0.15 。mmA柱顶标高 10.8+2.471+0.1=13.37 mC 柱顶标高 10.8+2.189+0.1=13.09上柱高 =13.37-10.8+1.2+0.2=3.97uH中柱总高 H =13.37+0.70=14.07下柱高 H =14.07-3.97=10.10 l m2.2 确定
15、柱截面尺寸根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件，由混凝土设计规范，6m 柱距单层厂房矩形、工字形截面柱截面尺寸限值并参考厂房柱截面形式和尺寸参考表确定柱截面尺寸，见表 12.3 确定柱截面惯性距排架平面内惯性矩A柱 上柱： 4833 1.52012mbhIu 混凝土及砌体结构课程设计- 1 -下柱： 233 )350(21450120512 lI487.3mB柱 上柱： 4830.960512mbhIu 下柱： 233 )3570(21754l804.56mC柱 上柱： 4833 1067.212mbhIu 下柱： 233 )350(25405 l87.3m表 1 柱截面计算参数计算参数柱
16、号 截面尺寸/ 面积/ 2m惯性矩/ 4m自重/（ ）kN上柱 矩 50510.810.25.6A下柱 21 5.78377上柱 矩 605510.3810.950.B下柱 21 5. 842.6.27上柱 矩 40510.107.0.5C下柱 21 5.78376本案仅取一榀排架进行计算，计算单元和计算简图如图 1所示。- 2 -25105010A 柱 120506501 柱B2052010C 柱 145240240397014图 1 计算单元和计算简图混凝土及砌体结构课程设计- 3 -3.荷载计算3.1 恒荷载3.1.1 屋盖恒载防水层 20.4/kNm厚水泥砂浆找平层 m25 5厚珍珠岩
17、制品保温层 10 2./隔气层 0k厚水泥砂浆找平层 25 2.5/Nm预应力大型屋面板 1423./gk天沟板 k6/02.天 窗 榀/4N屋架自重 榀109k则作用于柱顶的屋盖结构重力荷载设计值为： G 4.3821092.465.23(1CA1 ）meeme,0,01CB3.1.2 吊车梁及轨道重力荷载设计值 kN80.56.041.2GA3 ）（ 345C）（meemeCB2,1,333.1.3 柱自重重力荷载设计值A柱 上柱 kN78.29.3561.2G4A下柱 1075- 4 -B柱 上柱 kN35.79.701.2G4B下柱 815C柱 上柱 2.4C下柱 k067125mem
18、eCBA5,444各项恒载作用位置如图 2所示CBA75050 =381.4kN()12010G3729.kNG4A =8.kNG5A =46.3kNG =.8kN3 =8.7kNG5B =81.kNG5CQB1503 =23.8kNG4C7(50)1Q1()Q(50)1Q 0图 2 恒荷载作用位置图（单位： ）kN3.2 屋面活荷载屋面活荷载标准值为 ，雪荷载标准值为 ，后者小于前者，故仅2/5.0mkN2/4.0mk按前者计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为： Q4.6.41的作用位置与 作用位置相同，如图 2所示。1G3.3 风荷载风荷载标准值可按式 计算，其中 ， 根据0wZszk 0
19、.1/0.52zmkN， Z混凝土及砌体结构课程设计- 5 -厂房各部分标高及 B类地面粗糙度由查表确定如下：柱顶（标高 13.37 ） m12.Z檐口（标高 15.07 ） 40屋顶（标高 16.07 ） 6.Z如图 3a所示，由式 可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别s0wszk为： 2011 /45.12.8. mkNwZSk 22 04-0.4-0.5-0.6+0.6+0.8-2 657风 向 =-.（ a）当 时， 取a4hs0.2当 时， 取6图 3 风荷载体型系数及排架计算简图则作用于排架计算简图（图 3b）上的风荷载设计值为：mkNq/74.0645.18122 26.01
20、4.)20.()8.(. （wF 53167650）（）- 6 -kN18.353.4 吊车荷载已知 320/50 吊车参数：k,690.mB,7.4K,109kNg,320kQ；200/50 吊车参数：,31max,NFpkNFp5.106min, k5.6mB1.4K；根据 B及 K，可算得吊车梁支座7.69g2Q,2ax,pFp.8min反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值。如图 4所示。3.4.1 吊车竖向荷载A柱kNyPDiQ 62.75)1.02.68.01(34.maxax ， kNi 9375.inin ，C柱kyPiQ 74.63)0.1701(264.maxax ， kDi
21、 8623978inin ，混凝土及砌体结构课程设计- 7 -0.3170.791.195410PmaxmaxPaxmax40PP470maxmaxPaxmaxP470191.0.68.27A柱C柱图 4 吊车荷载作用下支座反力影响线3.4.2 吊车横向水平荷载作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力 kNgQT725.10)932(1.04)(41A 4.6B作用于排架柱上的吊车横向水平荷载设计值kNyTi 58.27.1.041AQmax i 96B4.内力分析该厂房为两跨等高排架，可用剪力分配法进行排架内力分析。其中柱的剪力分配系数 结果如表 2。i表 2 柱剪力分配系数- 8 -柱别 l
22、uIn/H30/1/Cn0lHEI1/iiA柱 147.028.31A25270.AB柱 59.n09.0CE31084.BC柱 76.2827.0H31030.C4.1 恒载作用下排架内力分析恒载作用下排架的计算简图如图 5a所示。图中的重力荷载 及力矩 M是根据图 2确G定的，即A柱 ; kNG14.381 kNGA58.07.298.50432 ; .A53 meM3111 2)()(3412 AeMmkN0.9C柱 ; G381 kNG70.123.846.C32 ; .C53 114mkNeM801 25.034625.0)8.3()(342 CCemkN67.89B柱 kG1.46
23、.50.8.3B456由于图 5a所示排架为对称结构且作用对称荷载，排架结构无侧移，故各柱可按柱顶为不动铰支座计算内力。柱顶不动铰支座反力 可根据教材表 2.5.2所列的相应公式计iR算。对于 A柱， ；对于 C柱， ，则2.0,147.n 28.0,76.n混凝土及砌体结构课程设计- 9 -A柱 ，1.940)(123AnC 1.2)(123A2nCkNHMRA 07.307.4.98.321 )(C柱 ，.18)(123Cn 1.85)(123C2nkNHMR 3.907.4.96.321C )(本例中 。求得 后，可用平衡条件求出柱各截面的弯矩和剪力。柱各截面的0BiR轴力为该截面以上重
24、力荷载之和，恒载作用下排架结构的弯矩图和轴力图分别见图5b，c。图 5d为排架柱的弯矩、剪力和轴力的正负号规定。 5-G6B41-GMC322-G3M1A(a)- 10 -381.4096451.2895.07162.8461.7209381.4 CBA 13.957.8075.4214.2538.113.075.776.2513.7838.1 CBA(b)(c)543. 982.53.07+M+M+V+N+V+N（ d）图 5 恒载作用下排架内力图4.2 屋面活荷载作用下排架内力分析4.2.1 AB 跨作用屋面活荷载排架计算简图如图 6a所示。其中 ，它在柱顶及变阶处引起的力矩为kNQ40.
25、51； ；mkN5.041.MA1 mM26.A267B对于 A柱， ， ，则9.1C.13 )(N79.107.4.216952A kHR混凝土及砌体结构课程设计- 11 -对于 B柱， ， ，则159.0n28.0.)(231nC)(2.195.07146. kNHMRB则排架柱顶不动铰支座总反力为： BA8)(将 反向作用于排架柱顶，用式 计算相应的柱顶剪力，并与柱顶不动铰RRVii支座反力叠加，可得屋面活荷载作用于 AB跨时的柱顶剪力，即)(03.1827.09.1kNVAA4BB )(53.RC排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图如图 6b，c 所示。B-QCQ-AM1A2M1B(a
26、)BB8.275615.430.18050.4CC0.853.71.9650.4AA5.0491651.0350.4(b)(c)图 6 AB 跨作用屋面活荷载时排架内力图4.2.2 BC 跨作用屋面活荷载排架计算简图如图 7a所示。其中 ，它在柱顶及变阶处引起的力矩为kNQ1； ；mkN.MC1 mM6C27B对于 C柱， ， ，则3- 12 -)(N80.107.14.526385.32C1C kHMR对于 B柱, ,90. )(.kNRB则排架柱顶不动铰支座总反力为： RB2818C)(将 反向作用于排架柱顶，用式 计算相应的柱顶剪力，并与柱顶不动铰RVii支座反力叠加，可得屋面活荷载作用
27、于 BC跨时的柱顶剪力，即)(-0.952.8)3.08.1(CC kNV147）（RBB )(6.2.7.0A排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力图如图 7b，c 所示。图 7 BC 跨作用屋面活荷载时排架内力图混凝土及砌体结构课程设计- 13 -4.3 风荷载作用下排架内力分析4.3.1 左吹风时计算简图如图 8a所示。对于 A柱， ， ，对于 C柱，147.0n28.， ，由表 2.5.2得:076.Cn28.A柱 34.0)1(341nC柱 37.0)1(8341n)(10.84.4.1 kNHCqRA 370872c )(625.1FwBA各柱顶剪力分别为：)(4.1.2708kNRV
28、AA)(36140kB CC排架内力图如图 8b所示。（a） 240240q1 q2Fw- 14 -ABC23.67349.65104.5370.185.730.451.626.3136.4( b)图 8 左吹风时排架内力图4.3.2 右吹风时计算简图如图 9a所示。对于 A柱， ， ，对于 C柱，147.0n28.， ，由表 2.5.2得:076.Cn28.A柱 34.0)1(341nC柱 37.0)1(8341n)(05.94.8.2 kNHCqRA 681370.7431c )(596FwC A各柱顶剪力分别为：)(40.71.270.kNRVAA)(694.0kB 83.81CC排架内
29、力图如图 9b所示。（a）混凝土及砌体结构课程设计- 15 -240240q1Fwq228.09 26.01 50.84289.4.12 365.9103.26 345.12.40A B C(b)图 9 右吹风时排架内力图4.4 吊车荷载作用下排架内力分析4.4.1 作用于 A 柱maxD计算简图如图 10a所示。其中吊车竖向荷载 ， 在牛腿顶面处引起的力矩为：maxDinkNeMA 91.325.0673maxDB91in对于 A柱， ，则2.3C)(84.162.07.14kNHRA对于 B柱， ， ，由表 2.5.2得： 59.n23.)1(232C)(47074593 kNHMRB-
30、16 -)(37.14.8.16kNRBA排架各柱顶剪力分别为:)(220VAA18937473kBB )(510.NRC排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图 10b、c 所示。maxDBMDmax CBAMA()56.9816.0813.27.652.14.39 CBA 36.43.1589.579.18 4.05CBA75.62 263.91(b)(c)图 10 作用在 A 柱时排架内力图maxD4.4.2 作用于 B 柱左maxD计算简图如图 11a所示， 计算如下：AM， mkNeM20minDB 4.3ax混凝土及砌体结构课程设计- 17 -柱顶不动铰支座反力 ， 及总反力 R分
31、别为：ARBkNCHMRA 73.52.107498653()0.3 B )(4215kA各柱顶剪力分别为： )(9.67.0.73NRVAA2842.1kBB )(5.10C排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图 11b、c 所示。maxDBMDmin CBAMA(a)B32.9183.40.38.575.62B1.9CC18.95.366.9431.6738.4275A263.91A(b)(c)图 11 作用在 B 柱左时排架内力图maxD- 18 -4.4.3 作用于 B 柱右maxD计算简图如图 12a所示， 计算如下：CBM， mkNeM21.95.07463maxBDC 7821
32、in柱顶不动铰支座反力 及总反力 R分别为：CB,RkNHR8.354.07195-3B ()43C M)(-388.5Bk各柱顶剪力分别为： )(1.0.27.0NRVA)(-6.9384-85kBB 5.C 排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图 12b、c 所示。maxDBMDminABCMc231.86634.7 CBA6.910868.525CBA 2.435795064.1714.705(a)(b)(c)图 12 作用在 B 柱右时排架内力图4.4.4 作用于 C 柱maxD计算简图如图 13a所示， 计算如下：C， kNeM78.341.023minB mDC74ax柱顶不动铰
33、支座反力 及总反力 R分别为：C,RkNHR.2.-B()4.5013C M)(192Bk各柱顶剪力分别为：- 19 -)(48.2-19.270. kNRVA)(97.6-53-BB .C 排架各柱的弯矩图、轴力图及柱底剪力值如图 13b、c 所示。BBBDminBM6.977.127.663.29231.86cMCmaxD9.4625.937.5612.3CC634.7A34.899.85A2.A(c)(b)(a)图 13 作用在 C 柱时排架内力图maxD4.4.5 作用于 AB 跨柱maxT当 AB跨作用吊车横向水平荷载时，排架计算简图如图 14a所示。对于 A柱，；对于 B柱，698
34、.07.3)219.(3.52,8.0,147. an得由 表，则59混凝土及砌体结构课程设计- 20 -A柱 60.)1(2)32(335 naaaC)(.60.585max kNTRAB柱 614.0)1(232335 naaC)(32.64.0585maxkNTRB排架柱顶总反力 R为： )(1. BA各柱顶剪力为： )(35.74.270.6kNVAA31RBB )(8.9.0. kC排架各柱的弯矩图及柱底剪力值如图 14b所示。ABCmaxTTmax() CBA 9.8320.367196.4236.84209265.04139.01(b)图 14 作用于 AB 跨时排架内力图maxT
